Уширение мостовых сооружений с применением стальных канатов

Казарян В.Ю.

Аннотация

На автомобильных дорогах страны и в городах имеется большое количество сооружений, построенных в прошлом веке, которые по габаритам проезжей части не отвечают современной интенсивности движения, что приводит к образованию "пробок" на дорогах и улицах. По своему физическому состоянию конструкции многих сооружений позволяют эксплуатировать их под современными нагрузками. В этой связи задача реконструкции сводится к уширению габарита. Уширение габарита требует установки дополнительных конструкций элементов пролётных строений. Как правило, в процессе уширения пролётных строений производят уширение опор с развитием их фундаментов. В ООО "НПП СК МОСТ" разработаны конструктивные решения уширения пролётных строений с использованием вантовых систем, удленением ригелей опор. Для этих целей применяют стальные витые канаты – пряди. На способ реализации такого уширения получен патент " № 2205915 "Способ уширения мостового сооружения". Для реализации этого способа в качестве необходимого технологического процесса используют метод алмазного бурения в бетонных конструкциях. В статьи приведены примеры реализованных методов уширения мостовых сооружений, а также проектные разработки уширения мостов. Реализованный на практике метод уширения моста через р. Оку в г. Орле позволил уширить мост в два раза – с 7,25 до 14,5 м., при этом получить существенный экономический эффект.

1. Городской мост через судоходную р. Оку в г. Орле (р-н Лужки), построенный в 1968 г. по схеме 4×32,96 м, вследствие недостаточного габарита проезжей части и ширины тротуаров, перестал отвечать требованиям безопасного движения транспортных средств и пешеходов. Существующий габарит Г 6,14 + 2×0,8 м.

В этой связи возник вопрос о его реконструкции.

Было принято решение максимально использовать несущие конструкции в процессе реконструкции моста с добавлением его габарита до Г10 + 2×1,5 м (Рис. 1.1)

Согласно проекту Воронежского филиала Гипродорнии, предполагалось выполнить обстройку русловых опор, произвести подъемку пролетных строений с переносом опирания их на временные опоры, демонтировать ригели опор, изготовить на существующем теле опор новые ригели и добавить в каждом пролете по две балки, увеличив их количество с четырех до шести (Рис. 1.1).

До уширения После уширения

Рис. 1.1. Вид моста снизу

Предприятие «НПП СК МОСТ» предложило изменить технологию уширения ригелей опор: отказаться от обстройки опор, демонтажа ригелей и произвести удлинение ригелей за счет увеличения длины консолей ригелей.

Для обеспечения надежной связи существующих ригелей с удлиняющими их консолями, а также в связи с отсутствием информации об армировании существующих ригелей было принято решение о применении смешанного армирования консолей. Каждая консоль была заармирована пятью каркасами из арматурной стали диаметром 32 класса АIII и двумя двенадцатипрядевыми пучками из семипроволочных прядей диаметром 15 мм, с усилием натяжения пучка 180 тс (Рис. 1.2). Работы по удлинению консолей выполнены на субподряде у

«Мостостроя – 66» предприятием «НПП СК МОСТ».

1 – тело опоры; 2 – ригель опоры; 3 – сквозной канал в ригеле; 4 – глухое отверстие в ригеле; 5 – стержни арматурных каркасов; 6 – элемент (консоль) уширения ригеля опоры; 7 – полый каналообразователь; 8 – анкерное устройство высокопрочной арматуры; 9 – арматурный пучок; 10 – эпоксидный компаунд; 11 – инъекционный раствор.

Рис. 1.2. Схема армирования ригеля промежуточной опоры

Для анкеровки ненапрягаемой арматуры в ригеле и теле опор были пробурены отверстия необходимой длины, анкеровка стержней выполнена с использованием клеевых компаундов на основе эпоксидной смолы. Для установки напрягаемой арматуры были пробурены сквозные отверстия в ригелях длиной 7–8 м (Рис. 1.3).

1 – сквозные каналы; 2 – глухие отверстия.

Рис. 1.3. Схема расположения отверстий для арматуры удлинения ригеля

Для выполнения работ по удлинению ригелей вокруг них были устроены подвесные подмости с настилом (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Подвесные подмости (принципиальная схема)

На торце существующего ригеля закрепляли буровую установку с тщательной выверкой ее положения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В ходе бурения последовательно устанавливали более длинные буры, что обеспечивало высокую точность положения бурового отверстия и способствовало равномерному стачиванию буров.

Таким образом, на мосту было пробурено десять сквозных отверстий общей длиной порядка 75 м. Точность бурения достигала 0,5 – 1 мм отклонения отверстия в плане или профиле на выходе. Скорость проходки достигала двух отверстий длиной 7 – 8 м в смену.

Формирование пучков из канатов К-7 осуществляли непосредственно в канале, образованном пробуренным отверстием в существующей части ригеля, и каналообразователем в наращиваемой части.

Натяжение пучков производили после бетонирования консолей ригелей с помощью гидродомкратов ДТ 2600 по технологии Мостотреста (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Натяжение арматурных пучков.

В завершающей стадии армирования напрягаемой арматурой производили инъектирование каналов инъекционным раствором с помощью установки УИ – 109.

После удлинения ригелей опор на них были установлены дополнительные балки пролетного строения, которые были включены в совместную работу с существующей частью пролетного строения путем бетонирования плиты проезжей части.

В результате выполненных работ полная ширина пролетного строения была увеличена почти в два раза – с 7,7 м до 14,2 м (Рис. 1.6).

Рис. 1.6. Поперечное сечение моста на опорах 2, 3, 4 после реконструкции

Уширенный мост был испытан мостостанцией Союздорнии. Испытания показали эффективную работу уширенных опор и пролетного строения под нагрузкой. Упругий прогиб консолей составил порядка 1,5 мм.

Уширенный мост принял на себя не только городские маршруты, но и транспортные потоки, идущие через город на автомобильную дорогу «Крым».

Выполненные работы по уширению моста, с применением напрягаемой арматуры в сквозных каналах оголовка опор при сохранении движения под мостом и по мосту во время проведения работ, не имеют аналогов в мировой практике мостостроения и представляются весьма эффективными и целесообразными для уширения мостовых сооружений любых пролетов и схем при любых типах опор. /Патент № 2205915 «Способ уширения мостового сооружения»/.

Рассмотрим возможность применения стальных канатов для усиления и уширения мостовых сооружений с использованием вантовой системы

Яркий пример реального мостового сооружения на федеральной автодороге Москва – Бобруйск в районе пос. Киевский – в нескольких километрах от Москвы.

Федеральная автомобильная дорога до этого участка имеет по 6 полос в каждую сторону. На пересечении с окружной железной дорогой имеется железнодорожный путепровод, который пропускает только по 2 полосы движения в каждую сторону, что приводит к образованию огромной «пробки» примерно 15 км в каждую сторону.

Через 30 км по движению в сторону Калуги расположен вантовый путепровод, который служит лишь для разворота движения.

Невольно сопоставив эти два путепровода: один с опорами в полосе дороги, другой без опор, пришла мысль о наложении этих двух схем. И вот что получилось, если при этом еще воспользоваться рядом технологических процессов: алмазной разрезкой и бурением, предварительным натяжением арматуры и другими процессами.

Представим эту картину в плане. Установим четыре пилона (рис.2.1 поз. 1-4), так, чтобы они не мешали автомобильной дороге и железной дороге.

Рис. 2.1. Четыре пилона

После этого монтируем ванты I и II к ригелям опор железнодорожного путепровода, предварительно пробурив отверстия через весь ригель и создав каналы, заанкерим методом предварительного натяжения и в целом изменим систему армирования в стоечной опоре и ригеле.

После чего производим анкеровку в массивных анкерах для уравновешивания системы (рис. 2.2) и после окончательной регулировки натяжений в анкерной системе отрезаем алмазным инструментом стойки опор, при этом все работы производятся под движением, которое приостанавливается только на момент демонтажа опор. Подмостовое пространство увеличивается в несколько раз. Система разработана для путепроводов, где движение проходит под одним и более пролетов, для железнодорожных путепроводов, а также для автодорожных путепроводов и мостов.

Рис. 2.2. Анкеры для уравновешивания системы

Характерным примером усиления мостового сооружения с использованием вантовой системы явилась реконструкция моста через р. Волгу в г. Кимры на границе Московской и Тверской областей. Проект ОАО «СтройПроект» г. С-Петербург. Производитель работ ОАО «МОСТОТРЕСТ» Мостоотяд-90 г. Дмитров.

После провисания подвесного пролетного строения в рамно-консольной схеме моста, решили консольную часть подтянуть при помощи усиления и создания шпренгельной системы возвышающейся над пролетным строением в виде вантовой системы, что и было решено очень оригинальным способом при помощи двух вантовых стальных канатов в каждую сторону от опоры соответственно симметрично (Рис. 2.3). Предварительно были надстроены пилоны на существующих массивных опорах их легкого металла. Решение очень оригинальное, но наверно не для этой системы, так как коробчатое пролетное строение армировано предварительно напряженной арматурой и натяжение вант приводит к ослаблению этого армирования. Но мост стоит!!! и стоит еще такой же в Испании, армированный и усиленный по такой же схеме.

Рис. 2.3. Мост через р. Волгу в г. Кимры на границе Московской и Тверской областей

Проводя аналогии и развивая вантовые системы со стальными канатами, постепенно приближаемся к проекту реконструкции Большого моста через р. Волгу в г. Н.Новгороде.

Была разработана концепция реконструкции мостового сооружения, которая позволяет уширить его в два раза и обеспечить пропуск автомобильного движения в два раза большего по интенсивности и грузоподъемности.

Была предложена система монтажа относительно легкой стальной ортотропной плиты в виде консольной части с каждой стороны пролетного строения посредством вантовой системы.

Мостовой переход через р. Волгу включает в себя несколько типов мостов: русловая часть в виде металлической двухъярусной фермы, используемой для совмещенного железнодорожного и автодорожного движения (рис. 2.4), аркадная железобетонная часть и железобетонная эстакадная часть, общая длина моста составляет 5,5 км.

Рис. 2.4. Большой мост через р. Волгу в г. Н.Новгороде. Общий вид моста

Рис. 2.5. Большой мост через р. Волгу в г. Н.Новгороде. Общий вид моста после установки ортотропной плиты и применения вантовой системы (русловая часть)

Рис. 2.6. Большой мост через р. Волгу в г. Н.Новгороде. Общий вид моста после установки ортотропной плиты и применения вантовой системы (подход)

Рис. 2.7. Большой мост через р. Волгу в г. Н.Новгороде. Общий вид моста (поперечное сечение)

Рис. 2.8. Большой мост через р. Волгу в г. Н.Новгороде. Общий вид моста после установки ортотропной плиты и применения вантовой системы (поперечное сечение)

Выводы

Использование стальных канатов позволяет произвести уширение мостового сооружения, как при сохранении его статической схемы, так и при её изменении – превращением конструкций балочных систем в вантовые.

При этом удается использовать имеющиеся в сооружении ресурсы несущей способности, как это имело место при реконструкции моста через р.Волгу в Нижнем Новгороде.

Применение вантовой системы в конструкции моста с подвешиванием пролетного строения на отсеченных от стоек ригелях промежуточных опор позволяет уширить подмостовой габарит в противовес единственно возможному решению – перестройке путепровода с применением большей длины.

ЛИТЕРАТУРА

Рецензент: Овчинников Игорь Георгиевич, Заместитель Председателя Поволжского отделения Российской академии транспорта, академик РАТ, доктор технических наук, профессор.